电缆传输测井高速网络中关键问题的研究

本文首先分析了几种常见测井传输方法，测井仪器总线、电缆调制编码方法和目前国内外测井传输技术的发展与现状，并分析了电缆传输系统的发展状况。第二章首先分析了电缆测井高速网络的组成及其特征，阐述了全IP的测井网络的组成，以及基于时间驱动的数据传输方法的原理及其数据模型。本章最后简要分析了全IP测井网络中网络通信量的特征与路由器缓存方法、测井网络中时间同步、数据融合等关键问题。第三章介绍了网络通信量建模的基本理论，指出网络通信量特征的多维性，即网络通信量是关于观察的时间尺度、观察的协议层次、业务类型、网络规模和类型、网络负载等多元变量的因变量。本章着重分析测井网络的通信量特征，指出测井网络中业务层通信量是周期性的，具有轻尾分布特征，仿真表明通信量在网络层具有近似泊松过程的特征。本章的最后介绍了测井网络的电缆上OFDM调制的主要参数，并讨论了带宽非对称的瓶颈链路对网络传输的影响。第四章主要研究了测井路由器的队列管理方法和探讨了测井路由器的优化方法。首先，回顾了路由器基本理论，分析了测井路由器的特征。其次，讨论了共享存储模式下路由缓存的分配方法，并提出了基于分组长度的路由器队列管理的QMBPS方法。该方法是基于路由器输入输出队列特征、分组长度特点，以提高瓶颈链路的利用率，降低短分组特别是ACK分组的时延为目标，给出了分组在队列的优先级计算方法，并按照优先级高低进行处理。第四章最后介绍了路由器的优化方法，以缩短路由查找的时间，提高瓶颈链路的传输效率。第五章主要研究了测井网络的时间同步方法。首先分析了网络时间同步的理论，获得了时延抖动与时间偏差之间的定量关系。分析了一般网络单程时延各组成分量的变化特点，以降低时延抖动为出发点，提高网络时间同步的精度。其次，网络时间同步采用逐子网时间同步方法，避免频繁的时间同步数据增加瓶颈链路的负载。将井下Modem作为根基准时钟，以Modem的时钟为参考时钟，一方面同步井下仪器的时间；另外一方面同步地面Modem的时间，最后再将地面Modem的时间在作为参考时间，授时给地面设备，从而实现了全网络的时间同步。本章着重研究了井下仪器网络时间同步的方法，并提出了基于硬件时间戳的选择性时间同步算法用于CSMA／CD共享式以太网的井下仪器子网内的时间同步。选择性时间同步算法设置开关对一般数据帧和时间同步帧数据进行选择性访问以太网总线，从而降低CSMA／CD给时间同步帧带来的时间不确定性，提高时间同步精度。理论分析和实验表明该方法在不同的负载状况下均能获得较高的时间同步精度。第六章讨论了分形理论和分形插值的方法。根据测井数据的分形特征和数据融合的实时性要求，提出了采用累积偏峰度的判决准则对测井数据进行分段提取，在提取的数据段内采用自仿射变化方法快速插值，仿真结果表明该方法是有效的。第七章给出了电缆测井高速网络的实验平台的设计和业务层数据封装的方法。第八章给出实验及其结果分析，总结和展望。